प्रकाश हवा, कांच और पानी में समान गति से यात्रा नहीं करता है। हवा में प्रकाश की गति 3X10 6m/s है। पानी में यह 2.25 × 10 8 मीटर/सेकेंड है और कांच में 2 x 10 8 मीटर/सेकेंड है। ऐसा इसलिए है क्योंकि कांच पानी की तुलना में वैकल्पिक रूप से सघन है और पानी हवा की तुलना में वैकल्पिक रूप से सघन है। प्रकाश की गति कम होने पर माध्यम सघन होता है और प्रकाश की गति बढ़ने पर इसे विरल कहा जाता है।
प्रकाश एक माध्यम में एक सीधी रेखा में गमन करता है। लेकिन जब एक पारदर्शी माध्यम में यात्रा करने वाली प्रकाश की किरण दूसरे पारदर्शी माध्यम की सतह पर तिरछी पड़ती है तो यह दूसरे माध्यम में सीधे रास्ते में यात्रा करती है लेकिन अपनी प्रारंभिक दिशा से अलग होती है। एक पारदर्शी माध्यम से दूसरे पारदर्शी माध्यम में जाने पर प्रकाश के मार्ग की दिशा में परिवर्तन प्रकाश का अपवर्तन कहलाता है।
सतह पर पड़ने वाली एक प्रकाश किरण जो दो माध्यमों को अलग करती है। \(\angle i\) आपतित किरण और अभिलंब के बीच आपतन कोण है और \(\angle r\) अपवर्तित किरण और अभिलंब के बीच अपवर्तन कोण है। विचलन अपवर्तित किरण की दिशा और आपतित किरण की दिशा के बीच का कोण है। इसलिए, \(\angle\delta\) = \(\mid \angle i - \angle r \mid\)
प्रकाश का अपवर्तन दो नियमों का पालन करता है जिन्हें स्नेल के अपवर्तन के नियम के रूप में जाना जाता है।
\(\mu = \frac{3 X 10 ^8ms^{-1}}{2.25 X 10 ^8 ms{-1}} = \frac{4}{3} = 1.33\)
नोट: किसी भी माध्यम का अपवर्तनांक 1 से कम नहीं हो सकता।
कुछ सामान्य पदार्थों का अपवर्तनांक (µ)
| पदार्थों | μ | पदार्थों | μ |
| खालीपन | 1.00 | हवा | 1.00 |
| बर्फ़ | 1.31 | पानी | 1.33 |
| शराब | 1.37 | ग्लिसरीन | 1.47 |
| साधारण ग्लास | 1.5 | मिटटी तेल | 1.41 |
प्रश्न 1: प्रकाश की किरण के अपवर्तन पर अविचलित होकर गुजरने की क्या स्थिति है?
हल: दो स्थितियाँ हैं - (1) जब आपतन कोण 0 के बराबर हो। (2) जब दोनों माध्यमों का अपवर्तनांक समान हो।
उत्क्रमण का सिद्धांत यदि माध्यम 1 के संबंध में माध्यम 2 का अपवर्तनांक \(_1\mu_2= \frac{sin \ i}{sin \ r}\) है और माध्यम 2 के संबंध में माध्यम 1 का अपवर्तनांक है तो \(_2\mu_1 = \frac{sin \ r}{sin \ i }\) , फिर \(_1\mu_2 \times _2\mu_1 = 1\) या हम कह सकते हैं \(_1\mu_2 = \frac{1}{_2\mu_1}\) |
प्रश्न 1: यदि वायु के सापेक्ष काँच का अपवर्तनांक 3/2 है, तो काँच के सापेक्ष वायु का अपवर्तनांक क्या है?
हल: a µ g = 3/2, इसलिए g µ a है \(\frac{1}{^3/_2} = \frac{2}{3}\) ।
गति: जब प्रकाश की किरण विरल से सघन माध्यम में अपवर्तित होती है, तो प्रकाश की गति कम हो जाती है, जबकि सघन माध्यम से विरल माध्यम में अपवर्तित होने पर प्रकाश की गति बढ़ जाती है।
आवृत्ति: प्रकाश की आवृत्ति प्रकाश के स्रोत पर निर्भर करती है इसलिए यह अपवर्तन पर नहीं बदलती है।
तरंग दैर्ध्य: एक माध्यम में प्रकाश की गति v, उस माध्यम में प्रकाश की तरंग दैर्ध्य और प्रकाश की आवृत्ति f के रूप में संबंधित हैं v = fλ।
जब प्रकाश विरल माध्यम से सघन माध्यम में जाता है, तो तरंगदैर्घ्य कम हो जाता है और जब प्रकाश सघन माध्यम से विरल माध्यम में जाता है तो तरंगदैर्घ्य बढ़ जाता है।
(1) किसी बर्तन में पानी की गहराई हवा से देखने पर कम दिखाई देती है
वास्तविक गहराई ओएस है। बिंदु O से शुरू होने वाली प्रकाश की एक किरण जल-वायु की सतह पर लंबवत गिरती है, SA के साथ सीधी यात्रा करती है। बिंदु Q पर जल-वायु की सतह पर आपतित एक अन्य किरण OQ जब वायु के पास जाती है, तो सामान्य NQ से दूर झुक जाती है और पथ QT के साथ जाती है। जब किरण क्यूटी वापस उत्पन्न होती है, तो दो अपवर्तित किरणें बिंदु पी पर मिलती हैं। इस प्रकार पी, ओ की छवि है। इस प्रकार पर्यवेक्षक को पानी से हवा में प्रकाश के अपवर्तन के कारण एसओ के बजाय पोत की गहराई एसपी प्रतीत होती है .
(2) जल्दी सूर्योदय और देर से सूर्यास्त
(3) मरुस्थल में मिराज
कभी-कभी रेगिस्तानों में, एक पेड़ की उलटी छवि देखी जाती है जो पेड़ के नीचे पानी की झूठी छाप देती है। इसे मिराज कहते हैं। मृगतृष्णा का कारण प्रकाश का अपवर्तन है। जैसे मरुस्थल में रेत बहुत जल्दी गर्म हो जाती है इसलिए रेत के संपर्क में आने वाली हवा की परत गर्म हो जाती है। नतीजतन, जमीन के पास की हवा ऊपरी हवा की परतों की तुलना में गर्म होती है। दूसरे शब्दों में, ऊपरी परतें उनके नीचे की तुलना में घनी होती हैं! जब सूर्य से प्रकाश की किरण किसी पेड़ की चोटी से परावर्तन के बाद सघन से विरल परत तक जाती है, तो वह अभिलंब से दूर झुक जाती है। इस प्रकार क्रमिक परतों के पृथक्करण की सतह पर अपवर्तन में, हर बार अपवर्तन कोण बढ़ता है और किरण का सघन से विरल तक जाने का कोण भी 90° तक बढ़ जाता है। सघन से विरल परत तक आपतन कोण में और वृद्धि होने पर पूर्ण परावर्तन होता है और अब परावर्तित प्रकाश विरल से सघन माध्यम में जाता है इसलिए यह प्रत्येक अपवर्तन पर अभिलंब की ओर झुकता है। प्रेक्षक की आंख पर पहुंचने पर पेड़ का उल्टा प्रतिबिंब दिखाई देता है।
जब आपतित किरण AB एक कांच के स्लैब पर गिरती है, तो यह आपतित बिंदु B पर आपतित होती है। किरण AB हवा से कांच में प्रवेश करती है, इसलिए यह अभिलंब की ओर झुकती है और पथ BC का अनुसरण करती है। जब अपवर्तित किरण BC फिर से कांच की सतह से बिंदु C पर टकराती है, तो यह अभिलंब से दूर झुक जाती है क्योंकि किरण कांच से हवा में यात्रा करती है और पथ CD का अनुसरण करती है। निर्गत किरण CD आपतित किरण AB के समान्तर है। इस प्रकार निर्गत किरण और आपतित किरण एक ही दिशा में हैं लेकिन पार्श्व रूप से विस्थापित हैं।
एक प्रिज्म एक पारदर्शी माध्यम है जो एक त्रिकोणीय क्रॉस-सेक्शन के साथ पांच समतल सतहों से घिरा होता है। प्रिज्म की दो विपरीत सतहें समरूप त्रिभुज हैं जबकि अन्य तीन सतह आयताकार हैं और एक दूसरे पर झुकी हुई हैं।
जब एकल रंग की एक प्रकाश किरण झुकी हुई प्रिज्म की सतह पर पड़ती है, तो आपतित किरण PQ प्रिज्म के फलक पर पड़ती है, यह हवा से कांच तक जाती है इसलिए यह अभिलंब की ओर झुकती है और पथ QR से यात्रा करती है। जब अपवर्तित किरण QR प्रिज्म के फलक से R पर टकराती है तो दूसरा अपवर्तन होता है। अब किरण क्यूआर कांच से हवा में प्रवेश करती है इसलिए यह अभिलंब से दूर झुकती है और आरएस दिशा में यात्रा करती है। इस प्रकार प्रिज्म से गुजरने पर प्रकाश की किरण प्रिज्म के आधार की ओर झुक जाती है।
